一种捕集CO2的分级气化适度循环型化工‑动力多联产系统技术方案

本发明专利技术公开了一种捕集CO2的分级气化适度循环型化工‑动力多联产系统，根据联产系统中COx组分的迁移规律，取消了合成气成分调整并将CO2分离单元置于化工合成单元之后，采用化工未反应气适度循环的手段，既实现了化工产品的高效生产，又实现了CO2的富集。同时，本发明专利技术以化工岛排放的CO2用于气化岛的焦炭‑CO2气化，取代传统化工/IGCC电站的氧气气化技术，节省了空分电耗和投资。相较于合成气成分全调整并将CO2分离置于化工合成前的系统，本发明专利技术中CO2分离前浓度从35％提高到50％以上，大幅降低了CO2分离功。与传统分产系统相比，本发明专利技术公开的联产系统相对节能率高达19％‑21％，折合化工产品生产效率高达70％‑72％。

【技术实现步骤摘要】
一种捕集CO2的分级气化适度循环型化工-动力多联产系统
本专利技术属于能源动力与煤化工领域，涉及煤炭的高效、清洁利用，尤其涉及一种基于煤炭碳氢组分分级气化的捕集CO2的化工未反应气适度循环型化工-动力多联产系统。
技术介绍
化工生产和动力系统的CO2捕集是当今煤炭清洁利用的重要命题。在传统化工中，CO2捕集往往与合成气成分调整相结合，是作为满足化工合成要求而被脱除的副产品。为达到传统化工单产对产品高转化率的要求，必须通过水煤气变换反应将气化后得到的合成气中的H2/CO调整到当量摩尔比，即：合成气中的一部分CO与水蒸气反应得到CO2和H2，并脱除CO2后得到H2/CO当量摩尔比的合成反应新气。由于CO2的脱除服务于化工生产，水煤气变换程度或者CO2分离前浓度受限于化工产品对合成气当量摩尔比的要求，CO2分离前浓度仅约20％-30％，分离能耗较高。而在传统的动力系统中，CO2捕集大体分为燃烧前、燃烧后、富氧燃烧三种技术。燃烧后捕集技术在燃烧后的尾气中脱除CO2，CO2被N2所稀释，浓度只有10％-15％，且分离量大，CO2分离能耗高。燃烧前捕集技术通过水煤气变换单元将合成气中的CO转化为CO2，再将CO2脱除，CO2分离前浓度相较燃烧后技术有所提升，但幅度有限，约30％-35％，CO2分离功仍然较高，而且IGCC燃烧前捕集往往需要配备气化所用的空分装置。富氧燃烧技术虽然CO2分离前浓度高(可达85％以上)，分离能耗低，但也需要高纯度氧气为助燃剂，空分能耗高。综上所述，传统化工或动力系统中的CO2捕集要么存在CO2分离前浓度低，CO2分离能耗较大的缺陷，要么需要空分装置，空分能耗大，如何实现低能耗的CO2捕集是煤化工和动力系统中亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在公开一种捕集CO2的化工-动力多联产系统，以克服传统化工和动力生产系统中CO2分离前浓度不高、分离能耗较大、且化工单产和IGCC需要单独空分装置提供氧气等弊端，根据联产系统中COx(CO和CO2)组分的迁移规律，通过化工合成反应既实现了化工产品的高效生产，又实现了CO2的富集；采用化工未反应气适度循环，避免了传统化工合成采用未反应气完全循环而带来的能耗急剧上升，同时实现了电力的高效联产，而且通过适度循环，富集了未反应气中COx浓度。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：一种捕集CO2的化工-动力多联产系统，包括气化岛、化工岛、动力岛和CO2捕集压缩单元，所述气化岛主要包括焦炭制备单元、焦炭气化单元、供热单元，气化煤首先在焦炭制备单元中进行焦炭制备和焦炉煤气生产工艺，得到粗焦炭、富氢焦炉煤气、焦油等产品；其次在焦炭气化单元中进行焦炭气化制备CO过程，将焦炭制备过程所得的高温粗焦炭与CO2反应生产富CO煤气；焦炭制备和焦炭气化过程所需热量由供热单元提供；其特征在于，所述化工岛主要包括水煤气变换和CO2分离单元、化工合成单元及余热回收单元，其中：--所述余热回收单元包括废热锅炉I和废热锅炉II，焦炭制备单元制备的富氢焦炉煤气和焦炭气化单元制备的富CO煤气分别经废热锅炉I和废热锅炉II回收热量后产生的高温蒸汽通入动力岛中的联合循环单元发电；--上述气化岛中焦炭气化单元气化产生的富CO煤气经废热锅炉I回收热量后分为两部分，一部分通入水煤气变换和CO2分离单元，与水蒸气发生反应生成CO2和氢气，经分离后得到CO2和纯净的H2，分离出的CO2返回所述焦炭气化单元与高温粗焦炭继续反应；另一部分富CO煤气与水煤气变换和CO2分离单元得到的H2、以及焦炭制焦单元得到的富氢焦炉煤气混合得到具备宽泛H2/CO比的化工合成反应新气，水煤气变换和CO2分离单元产生的高温蒸汽通入动力岛中的联合循环单元发电；--所述化工合成反应新气通入化工合成单元，化工合成单元产生的粗产品通入下游的精制提纯单元，得到提纯后的化工产品及未反应气，该未反应气一部分循环进入化工合成单元，另一部分通入下游的CO2捕集压缩单元；所述CO2捕集压缩单元包括水煤气变换单元、CO2分离单元和CO2压缩单元，上述化工岛中产生的另一部分未反应气经所述水煤气变换单元和CO2分离单元脱除CO2后得到的富氢燃气通入动力岛中的联合循环单元发电；CO2分离单元中分离出的CO2通入CO2压缩单元。优选地，气化岛采用煤炭碳氢组分分级气化方法，得到富氢焦炉煤气、H2、和富碳气化煤气三种气体产品。优选地，化工岛采用未反应气适度循环，从化工合成单元出来的未反应气一部分循环返回化工合成单元入口，调整化工产品产量，另一部分经过CO2捕集压缩单元中的水煤气变换单元和CO2分离单元后得到富氢燃气，并送入联合循环发电。优选地，CO2分离单元置于化工合成单元的下游，从化工未反应气中脱除CO2。优选地，所述系统为无调整适度循环型联产系统，水煤气变换和CO2分离单元中分离出仅满足焦炭气化单元所需的CO2，水煤气变换单元的CO变换比例可调。优选地，所述化工合成单元的化工合成工艺包含多种化工合成工艺，包含甲烷、氢气、甲醇、二甲醚、合成油等多种化工合成工艺。每种化工产品的合成包含多种生产工艺，而不仅限于某种工艺。输出的产品为多种化工产品和替代燃料，包括但不限于甲烷、氢气、甲醇、二甲醚、合成油等。优选地，CO2分离囊括各种CO2分离方法，包括但不仅限于Selexol、PSA、MEA等方法。本专利技术的捕集CO2的化工-动力多联产系统的集成特征在于：(1)与传统化工将CO2分离单元置于化工合成单元前不同，本专利技术根据联产系统中COx(CO和CO2)组分的迁移规律，取消了合成气成分调整并将CO2分离单元置于化工合成单元之后，通过化工合成反应既实现了化工产品的高效生产，又实现了CO2的富集。(2)不同于传统化工采用大流量化工未反应气循环，本专利技术采用化工未反应气适度循环，将化工合成单元的一部分未反应气通入联合循环发电，避免了传统化工合成采用未反应气完全循环而带来的能耗急剧上升，同时实现了电力的高效联产；而且，通过适度循环，富集了未反应气中COx浓度。(3)与传统煤化工和IGCC系统采用纯氧为气化剂不同，气化岛基于煤炭碳氢组分分级气化，将煤炭气化分为焦炭制备、焦炭-CO2气化、CO变换产氢三个步骤，以化工岛产生的CO2为气化岛气化剂，实现了化工岛和气化岛之间的组分有效利用。该气化方法不需要设置单独的空分装置，省去了空分投资及能耗。(4)从气化岛得到的富氢焦炉煤气、富CO气化煤气、氢气按一定比例混合后，得到合适H2/CO比的合成反应新气，满足替代燃料/化工产品生产的要求，实现了有效成分的“组分对口”梯级利用；(5)以蒸汽回收气化岛和化工岛的煤气显热和化学反应放热，并用于联合循环发电单元，实现气化岛、化工岛、动力岛能量利用高度集成。本专利技术的捕集CO2的化工-动力多联产系统，焦炭制备单元使用煤炭外燃的粗炼焦工艺，使用的燃料分为气化煤和供热煤。气化煤可以使用所有的烟煤和褐煤，供热煤可以使用所有煤种及其他低品位燃料。所述的专利技术中，原料分为气化煤和供热煤及其他燃料，气化煤用于产生合成气，供热煤及其他燃料用于提供焦炭制备单元和焦炭气化单元吸热所需反应热量。所述的专利技术中，焦炭气化单元所需二氧化碳由水煤气变换和CO2分离单元得到。所述的专利技术中，焦炭制备单元也可以为冶金行业的加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种捕集CO2的化工‑动力多联产系统，包括气化岛、化工岛、动力岛和CO2捕集压缩单元，所述气化岛主要包括焦炭制备单元、焦炭气化单元、供热单元，气化煤首先在焦炭制备单元中进行焦炭制备和焦炉煤气生产工艺，得到粗焦炭、富氢焦炉煤气、焦油等产品；其次在焦炭气化单元中进行焦炭气化制备CO过程，将焦炭制备过程所得的高温粗焦炭与CO2反应生产富CO煤气；焦炭制备和焦炭气化过程所需热量由供热单元提供；其特征在于，所述化工岛主要包括水煤气变换和CO2分离单元、化工合成单元及余热回收单元，其中：‑‑所述余热回收单元包括废热锅炉I和废热锅炉II，焦炭制备单元制备的富氢焦炉煤气和焦炭气化单元制备的富CO煤气分别经废热锅炉I和废热锅炉II回收热量后产生的高温蒸汽通入动力岛中的联合循环单元发电；‑‑上述气化岛中焦炭气化单元气化产生的富CO煤气经废热锅炉I回收热量后分为两部分，一部分通入水煤气变换和CO2分离单元，与水蒸气发生反应生成CO2和氢气，经分离后得到CO2和纯净的H2，分离出的CO2返回所述焦炭气化单元与高温粗焦炭继续反应；另一部分富CO煤气与水煤气变换和CO2分离单元得到的H2、以及焦炭制焦单元得到的富氢焦炉煤气混合得到具备宽泛H2/CO比的化工合成反应新气，水煤气变换和CO2分离单元产生的高温蒸汽通入动力岛中的联合循环单元发电；‑‑所述化工合成反应新气通入化工合成单元，化工合成单元产生的粗产品通入下游的精制提纯单元，得到提纯后的化工产品及未反应气，该未反应气一部分循环进入化工合成单元，另一部分通入下游的CO2捕集压缩单元；所述CO2捕集压缩单元包括水煤气变换单元、CO2分离单元和CO2压缩单元，上述化工岛中产生的另一部分未反应气经所述水煤气变换单元和单元脱除CO2后得到的富氢燃气通入动力岛中的联合循环单元发电；CO2分离单元中分离出的CO2通入CO2压缩单元。...

【技术特征摘要】
1.一种捕集CO2的化工及动力多联产系统，包括气化岛、化工岛、动力岛和CO2捕集压缩单元，所述气化岛主要包括焦炭制备单元、焦炭气化单元、供热单元，气化煤首先在焦炭制备单元中进行焦炭制备和焦炉煤气生产，得到粗焦炭、富氢焦炉煤气和焦油；其次在焦炭气化单元中进行焦炭气化制备CO过程，将焦炭制备过程所得的高温粗焦炭与CO2反应生产富CO煤气；焦炭制备和焦炭气化过程所需热量由供热单元提供；其特征在于，所述化工岛主要包括水煤气变换和CO2分离单元、化工合成单元及余热回收单元，其中：--所述余热回收单元包括废热锅炉Ⅰ和废热锅炉Ⅱ，焦炭制备单元制备的富氢焦炉煤气和焦炭气化单元制备的富CO煤气分别经废热锅炉Ⅰ和废热锅炉Ⅱ回收热量，废热锅炉Ⅰ和废热锅炉Ⅱ回收热量后产生的高温蒸汽通入动力岛中的联合循环单元发电；--所述气化岛中焦炭气化单元气化产生的富CO煤气经废热锅炉Ⅱ回收热量后分为两部分，一部分富CO煤气通入水煤气变换和CO2分离单元，与通入水煤气变换和CO2分离单元中的水蒸气发生反应生成CO2和氢气，经分离后得到CO2和纯净的H2，分离出的CO2返回所述焦炭气化单元与其中的高温粗焦炭继续反应；另一部分富CO煤气与水煤气变换和CO2分离单元得到的H2、以及焦炭制焦单元得到的富氢焦炉煤气混合得到具备宽泛H2/CO比的化工合成反应新气，水煤气变换和CO2分离单元产生的高温蒸汽通入动力岛...

【专利技术属性】
技术研发人员：金红光，李胜，张筱松，高林，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11